네트워크 스위치는 네트워크 내의 장치를 연결하고, 해당 장치와 데이터 패킷을 주고 받습니다.
스위치는 라우터와 달리 의도된 단일 장치로만 데이터를 전송합니다.
스위치와 라우터의 차이점
라우터는 데이터 패킷이 네트워크를 통과하여 대상에 도달하는 경로를 선택하는데 (서로 다른 네트워크에 연결하고 인터넷을 구성하는) 대규모 네트워크 LAN, 광역 네트워크 (WAN), 자율 시스템 등의 네트워크에서 네트워크로 데이터를 전달하여 이를 수행합니다. (네트워크 간 통신 담당)
이것이 의미하는 바는 라우터는 인터넷 연결에 필요하지만, 스위치는 장치를 상호 연결하는 데만 사용된다는 것입니다.
e.g. 가정과 소규모 사무실에는 인터넷 액세스를 위한 라우터가 필요하지만, 많은 양의 이더넷 포트가 필요하지 않는 한 대부분 네트워크 스위치를 필요로 하지 않습니다. 반면 수십, 수백 대의 컴퓨터가 있는 대규모 사무실/네트워크/데이터 센터에는 일반적으로 스위치가 필요합니다. (스위치 : 대규모 네트워크 생성에 필요)
(※ 이더넷은 장치 간 데이터 전송을 위한 2계층 프로토콜입니다. Wifi와 달리 이더넷에는 이더넷 케이블을 통한 물리적 연결이 필요합니다.)
2계층 스위치와 3계층 스위치
네트워크 스위치는 OSI 7계층 중 2 계층(데이터 연결)과 3 계층(네트워크)에서만 동작합니다.
2계층 스위치는 대상 MAC 주소(Media Access Control) 를 기반으로 데이터를 전달하고, 3계층 스위치는 IP 주소를 기반으로 데이터를 전달합니다.
일부 스위치는 둘 모두 수행할 수 있습니다.
(※ 대부분의 스위치는 2계층 스위치입니다. 2계층 스위치는 이더넷 케이블을 사용하여 네트워크 장치에 연결되며, 이더넷 케이블은 이더넷 포트를 통해 장치에 연결되는 물리적 케이블입니다.)
비관리형 스위치와 관리형 스위치
관리형 스위치는 단순히 LAN에 더 많은 이더넷 포트를 생성하여 더 많은 로컬 장치가 인터넷에 접근할 수 있도록 하는 반면, 비관리형 스위치는 장치의 MAC 주소를 기반으로 데이터를 주고 받습니다.
관리형 스위치는 훨씬 더 큰 네트워크에 대해 동일한 기능을 수행하며, 네트워크 관리자가 트래픽의 우선순위를 훨씬 더 세부적으로 제어할 수 있도록 돕습니다. 또한 관리자는 가상 LAN(VLAN)을 설정하여 로컬 네트워크를 더 작은 청크로 세분화할 수 있습니다.
IP 주소란?
인터넷에 연결하는 모든 장치에는 IP 주소가 있습니다.IP 주소는 192.0.0.1 또는2001:0db8:85a3:0000:0000:8a2e:0370:7334 같은 일련의 영숫자입니다 IP 주소는 우편 주소처럼 작동하여 해당 주소로 전달되는 인터넷 통신이 해당 장치에 도달할 수 있도록 합니다.
IPv4 주소의 수는 제한되어 있기 때문에 사용자 장치가 일반적으로 네트워크와 새 연결을 형성할 때는 새 주소가 할당됩니다.
MAC 주소와 IP 주소의 차이점
네트워크 스위치는 IP 주소가 아닌 올바른 장치로 인터넷 트래픽을 보내기 위해 MAC 주소를 참조합니다.
IP주소는 3계층에서 사용되며, 인터넷상의 컴퓨터와 장치가 (연결된 네트워크에 관계 없이) 데이터를 주고받는 데 IP 주소를 사용함을 의미합니다. 메일에 대상 주소와 반송 주소가 있는 것처럼 모든 IP 패킷의 헤더에는 원본 및 대상 IP 주소가 포함됩니다.
MAC 주소는 일련 번호와 같은 각 하드웨어의 영구 식별자로 IP 주소와 달리 변경되지 않습니다. MAC 주소는 2계층에서 사용되므로 IP 패킷 헤더에 포함되지 않습니다. 즉, MAC 주소는 인터넷 인터넷 트래픽의 일부가 아니며 지정된 네트워크 내에서만 사용됩니다.
네트워크 스위치는 네트워크에 있는 장치의 MAC 주소를 어떻게 확인할까
2계층 네트워크 스위치는 MAC 주소를 스위치의 이더넷 포트와 일치하는 메모리에 유지합니다. 해당 테이블을 콘텐츠 주소 지정 가능 메모리(Content Addressable Memory: CAM) 테이블이라고 합니다.
컴퓨터 A가 스위치의 포트 1에 연결되는 이더넷 케이블에 연결되어 있고, 컴퓨터 B가 포트 2에, 컴퓨터 C는 포트 3에 연결되어 있다고 가정하겠습니다. 컴퓨터 A에 데이터가 도착하면 스위치는 자체 CAM 테이블을 참조하여 컴퓨터 A가 연결된 위치를 확인하며, 포트 2 또는 3이 아닌 포트 1에서 컴퓨터 A로 향하는 트래픽을 전달해야 함을 알고 있습니다.
| MAC 주소 | Port |
| 컴퓨터 A의 MAC 주소 | 1 |
| 컴퓨터 B의 MAC 주소 | 2 |
| 컴퓨터 C의 MAC 주소 | 3 |
스위치의 CAM 테이블은 메모리에 저장되며, 스위치가 꺼지면 테이블이 사라지기 때문에 스위치 재부팅 시 테이블은 다시 학습해야 합니다.
스위치가 막 켜진 상태에서 CAM 테이블이 만들어지지 않았다고 가정할 때, 컴퓨터 A, B, C가 연결된 포트를 알지 못하고, MAC 주소도 알지 못합니다.
| MAC 주소 | Port |
| ? | ? |
| ? | ? |
| ? | ? |
컴퓨터 A가 컴퓨터 B에 메시지를 보낸다고 가정할 때, 스위치는 다음 단계를 수행하여 컴퓨터 B로 메시지를 가져오고 CAM 테이블 작성을 시작합니다.
- 스위치는 컴퓨터 A의 MAC 주소와 메시지가 들어온 포트를 기록합니다.
- 스위치는 컴퓨터 A의 메시지를 네트워크의 다른 모든 컴퓨터(컴퓨터 A 제외)로 전달합니다. 이를 `플러딩`이라고 합니다.
- 컴퓨터 B가 응답하면 스위치는 컴퓨터 B의 MAC 주소와 포트도 기록합니다.
| MAC 주소 | Port |
| 컴퓨터 A의 MAC 주소 | 1 |
| 컴퓨터 B의 MAC 주소 | 2 |
| ? | ? |
이제 스위치의 CAM 테이블은 컴퓨터 A와 컴퓨터 B가 어디에 있는지 알고 있으며, MAC 주소 또한 알고 있습니다.
Q. IP 주소와 MAC 주소에 대해 설명해주세요.
IP 주소는 네트워크에서 컴퓨터 간 통신하기 위해 각 컴퓨터에 부여된 네트워크 상 주소로, IP 주소를 통해 멀리 떨어진 컴퓨터가 네트워크로 서로 통신할 수 있습니다.
MAC 주소는 Media Access Control Address 의 약자로, 네트워크 통신을 위한 NIC(네트워크 인터페이스 카드)에 할당된 고유 식별자 주소입니다. 하드웨어 주소라고도 불리며, 전세계 모든 MAC 주소와 겹치지 않는다는 특징이 있습니다. 실제 네트워크에서 호스트 간 통신에서는 IP 주소 뿐 아니라 MAC 주소도 사용됩니다.
Q. 스위치와 라우터의 차이에 대해 설명해주세요.
스위치는 로컬 네트워크에서 데이터의 전달을 담당하며 보통 이더넷 케이블을 통해 서로 다른 장치들을 연결합니다. MAC 주소를 사용하여 데이터를 전달하고, 브로드캐스트 도메인을 분리하여 네트워크 혼잡을 방지합니다.
고속으로 데이터를 전송하며, 일반적으로 내부 네트워크에서 지연 없는 통신을 지원합니다. 로컬 네트워크의 규모를 확장하는 데 적합하며, 일반적으로 기업이나 가정에서 사용됩니다.
라우터는 다른 네트워크 간의 데이터 전달을 담당합니다. 둘 이상의 네트워크를 연결하여 인터넷 접속을 제공하거나 네트워크 간의 트래픽을 관리합니다. IP 주소를 사용하여 최적의 경로를 선택해 패킷을 전달하고, 네트워크 주소 변환(NAT) 등의 기능을 통해 보안과 네트워크 트래픽 관리를 제어합니다
라우터는 스위치보다 데이터 전송 속도가 느릴 수 있습니다. 여러 네트워크를 연결하고 인터넷 연결을 제공하는 역할을 수행하며 주로 WAN(Wide Area Network) 같이 큰 규모의 네트워크에서 사용됩니다.
요약하면, 스위치는 로컬 네트워크에서 데이터 전송을 관리하고 라우터는 다른 네트워크 간의 데이터 전달과 관리를 담당합니다.
Q. ARP의 원리에 대해 설명해주세요.
ARP 프로토콜은 통신하고자 하는 컴퓨터가 같은 네트워크에 있을 때와 다른 네트워크에 있을 때로 나눌 수 있습니다.
같은 네트워크에 있을 때, 컴퓨터 1은 같은 네트워크에 있는 컴퓨터 전체에 ARP request를 브로드캐스트합니다. 브로드캐스트를 받은 컴퓨터 중 ARP request에 적합한 컴퓨터 2가 다시 컴퓨터 1에게 ARP reply를 전송합니다. 이때, 다른 컴퓨터 2는 받은 ARP request를 폐기합니다.
반면, 다른 네트워크에 있을 때, 컴퓨터 1이 ARP로 라우터의 MAC 주소를 알아내어 Default Gateway로 지정합니다. 컴퓨터 1은 Default Gateway에게 D에게 전달할 모든 패킷(전송할 데이터)을 전송합니다. Default Gateway는 라우팅을 통해 컴퓨터 3가 속한 네트워크에 패킷을 전송합니다. 컴퓨터 3이 속한 네트워크에 패킷이 도착하면 ARP를 통해 D의 주소를 알아낸 후, 컴퓨터 3에게 패킷을 전달합니다.
참고 출처: https://www.cloudflare.com/ko-kr/learning/network-layer/what-is-a-network-switch/
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